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Professor: Rockfeller Ponto crítico: ponto de mudança de sentido da curva. Revisão Cálculo I: xxf xxf 2)(' )( 2 = = 7 8 8)(' )( xxf xxf = = x xxf xxxf 2 1)(' )( 2 112 1 2 1 == == −=− 22 3 63.2)(' 2)( xxxf xxf == = 123)(' )( 2 23 −+= −+= xxxf xxxxf 32)(' 23)( 2 −= +−= xxf xxxf [ ] 22 )12( 5 )12( 2).2()12.(1)(' )12( 2)( − − = − +−− = − + = xx xx xf x x xf 2 3 231232 3 2 3232)(' 1)( θ θ θθθθθ θ θ θ + − =+−=+= += −=−−−g g 22 2 22 22 2 2 )1( 14421)1( 2).2()1.(1)(' 1 2)( − −−− =−−−= − +−− = − + = θ θθθθθ θ θθθθ θ θθ h h 33 11 3 2 3 2 3 2 3 2 3 2)(' )( xxxf xxxf == = −=− regra da cadeia [ ] 3 2 3 33 21 3 1 3 3 1 33 1).3().01()(' ).3()( x x xxxxxf xxxf ++= +++= += −=− 33 2 31 2 1 2 1 2 11 . 2 1 . 2 1)(' 1)( xx xxf x x xf −=−=−= == −=−− − ( ) ( ) ( )3 223 21 3 1 2 3 1 23 2 54 . 3 88.54 3 1)(' 5454)( − =−= −=−= −=− x x xxxh xxxh Cáculo II segunda-feira, 18 de fevereiro de 2013 20:43 Página 1 de Calc II xxxxxxxg xxxg ++=++= += =− 231122 22 918)16.()3(2)(' )3()( θθ θ cos1.cos' == = y seny θ θ seny y −= = ' cos θ θ 2sec'= = y tgy xsenxseny xy 222.2' 2cos −=−= = )12).(1(sec' )1( 22 2 +−+= −+= xxxy xxtgy ( ) ( ) 22 53 22 )22()3(222 222 )3(21.)22()3(2.)22( 2 1)(' 3.)22(3.22)( 2 1 2 1 2 1 + + = + +++ =++ + + =++++= ++=++= − x x x xx x x x xxxxf xxxxxf Derivação de Exponencial: xx x eey ey == = 1.' 1212 1.)1( 2 1 ' 1)1( 2 11 2 1 )1(1 2 1 2 1 + = + =+−= == ++ −=− ++ x e x e xy eey xx xx ( ) xx xy xxy 3 32 ' 3ln 2 2 + + = += xec x x xecxxy xgxtgy 3cos3 2 sec.3)3.3cos(. 2 1 .sec.3' 3cot3 2 2 22 1 2 −=−+= += − 22 2 cos.22.cos' xxxxy senxy == = 2 211 2 1 1. 2 1 ' 2 1 cos x sen xseny y =− −= = −=−− Revisão Calc I segunda-feira, 18 de fevereiro de 2013 21:29 Página 2 de Calc II Rever tabela de derivadas / integrais [ ] 2 22 2 2 2 sec3.sec.61.sec3.1..sec.sec2.3)(' sec3)( x xtgxx x xxtgxxx xf x x xf − = − = = θθθθθθ θθθθθθθθθθθ θθθ 2.42cos.cos4)(' 2cos.cos42.42.2cos.cos222).(2)(' 2.cos2)( 22 2222 2 sensenf sensensensenf senf −= +−=++−= = Derivação Implícita: Quando não é possível separar as variáveis. dx d dx dy dx dx yx 9 9 22 22 =+ =+ Taxa Relacional: Uma escada com 5m está apoiada em uma parede. Se a base da escada deslizar a uma taxa de 1m/s, qual a velocidade de descida do topo da escada quando a base da escada está a 3m da parede. y x y x dx dy x dx dyy dx dyy dx dx x − = − =∴−= =+ 2 222 022 4m 3m 5m parede piso escada h = 5 x = 3 y = 4 dt dx sm /1 222 yxh += dt dy dt dx dt dh 222 += 0.21.20.22 =+⇒=+ dt dyyx dt dyy dt dx x sm dt dy / 4 3 8 6 4.2 3.2 − = − = − =⇒ Integral: c xdxx +=∫ 8 8 7 significa que a resposta contempla infinitas soluções. cx xdxxdxx +=== ∫∫ 5 5 44 5 .555 ∫∫ +== cxdxdx 333 c xxdxxdxx +=== ∫∫ =+ 3 2 2 3 2 3 2 3 2 31 2 1 Rev terça-feira, 19 de fevereiro de 2013 19:18 Página 3 de Calc II ( ) ∫∫∫∫ ∫∫∫∫ =+ +−−− += += + +−+=−+=−+ θθθθθθθθθ θ dddd cx xxdxxdxdxxdxxx 3 41 3 1 3 1 1223 1 23 2 23 22 222 3 23 3)3( c++= 4 32 3 4 1- θθ Integral terça-feira, 19 de fevereiro de 2013 20:14 Página 4 de Calc II c x dxxdx x dx xx dx xx +−==== ∫∫∫∫ − 21 . 11 2 3 2 3 2 1 cxxdxxdxxxdx x xdx x x +===== −−=+− − ∫∫∫∫ 3 23 2 3 21 3 5 23 1 2 3 1 2 3 2 3 2 3 . ∫ erioriteb erioritea suplim inflim ..73 1 3 2 3 3332 1 2 au xdxx =−⇒=∫ (gráfico y = x2)(gráfico área) .. 2 90 2 3 2 23 0 23 0 | auxxdx =−==∫ au xdxx ..4 2 2 4 44 0 42 0 3 | ===∫ (gráfico y = x3)Definido (gráfico y = x1/2)Definido.. 3 20 3 2 3 2 |1 0 2 31 0 2 11 0 auxdxxdxxA =−==== ∫∫ Área da função y = sen(x) 0≤ π ≤ 2π gráfico y = sen(x); intervalo: 0 - 2π 6 11 3 24 3 2 6 1.14 6 11 3 24 3 2 3 2 23 1 3 2 3 2 3 2 3 1 3 2 3 2 2 233 4 1 4 1 24 1 34 1 4 1 4 1 2 14 1 2 14 1 ||| = −− −− −= −−==−−= + −= + −= ∫∫∫∫∫ A x x xdxdxxdxxdxxxdxxxA ..422 211)0cos2(coscos 211)0cos(coscos 21 22 2 0 01 | | auAAA xdxsenxA xdxsenxA =−+=+= −=−−=−−=−== =++=−−=−== ∫ ∫ pi pi pi pi pi pi pi pi Exercícios segunda-feira, 25 de fevereiro de 2013 20:42 Página 5 de Calc II Qual a área da região compreendida entre y1 senx e y2 = 1/2, 0 ≤ x ≤ π gráfico y = sen(x) / y = 1/2 Interceptação dos pontos origina no eixo x os seguintes pontos: x1 = π/6 = 30o , x2 = 5π/6 = 150 Resp: 0,685u.a. Exemplo: y = 4 e y = 1, sendo 1 ≤ x ≤ 3 gráfico quadrático da área ∫ − pi 0 2 1)( dxxsen = 6u.a.|| 3 1 3 1 3 1 3 1 3 1 3 1 21 4 414 xxA dxdxdxdxyy −= −=−=− ∫∫∫∫ Integral pro substituição: dxdu dx du xu dxx = = += +∫ 2 2 12 )12( 2 ∫ + + ⇒+== c x c uuduu 6 )12( 632 1)( 333 2 dxdu dx du xu dxx = = += +∫ 2 2 12 )12( 20 ∫ ++=+= cxc uduu 21 21 20 )12( 42 1 212 1)( dxdu dx du xu dxxsen = = += ++∫ 2 2 12 )22( ∫ + + ⇒+ − =+−= c x c u cu du usen 2 )12cos( 2 cos cos 2 1 2 )( Exercícios Rev. segunda-feira, 25 de fevereiro de 2013 21:39 Página 6 de Calc II dxdu dx du xu dx x dx = = += +∫ 1 3 3 ∫ ++⇒+= cxcuu du )3ln(ln dxdu dx du xu dx x dx = = −= − ∫ 1 2 )2( 4 c x c x c u c uduu u du + − −=+ − −⇒+−=+ − == −−=+− − ∫∫ 3 3314 4 4 )2(3 1 3 )2( 33 dxxdu x dx du x x u dxxdxxe x dxdx x edx x e x xx 2 2 1 22 1 22 1 2 1 1 2.22 − − − −− −= −= == +=+= + ∫∫∫∫∫ c x e x x eedxxduuduedxxe x xuuu +−− −= − +−=−=+−⇒−= −=+− −−− ∫∫∫∫ 2 2 1 221).( 1 1121 242 Exemplos Rev segunda-feira, 25 de fevereiro de 2013 22:02 Página 7 de Calc II Mudança de professor: Paschoal paschoal@ctcea.org.br (21) 9326-0355 Métodos de Integração• Integrais múltiplas• Diferenciais parciais• Cálculo Vetorial• Bibliografia: Thomas vol I/II Sanes Stuart vol II Arquivo Professor Aula de reforço: Sábado, dia 16/03,08:00 às 12:00 2 2 2 1 2 2 2 2 )'.( 2 2 2 22 x x x xx xxx edxedxedxedxe dxxedxedxe ==== == ∫∫∫∫ ∫∫ +c deve-se incluir no integrando o valor da derivada c e xdxedxxedxxeI x x x x +===×= ∫∫∫ 222 1 2 2 2 2 2 2 2 2 integral imediata ..112122 2ln0)2ln( 2ln 0 2ln 0 2ln 0 22222 | aueeeexdxedxxe xxx =−=−=−=== ∫∫ OBS: ( ) ( ) 2ln2ln2ln 2212 = = xe x = ln integral imediata ≠ integral por partes ∫∫ ∫ ∫ = =⇒=⇒= −= == dxedv dxdudxxduxu dxxevuIp dxxeI x x x 2 2 2 )'( . cx e ex ee x edxexedxeexIp edxev x x xxx x xxx x x + −=−=−=−=−= == ∫∫ ∫ 2 1 . 24 1 . 222 1 . 22 1 . 222 . 2 2 2 222 2 222 2 2 Ementa segunda-feira, 4 de março de 2013 20:37 Página 8 de Calc II xxx x edxevdxedv dxxduxu vduvuIp dxexI 222 2 2 1 3)'73()73( . )73( ==⇒= =−=⇒−= −= −= ∫ ∫ ∫ cx e ex ee x edxexedxeexIp x x xxx xxxx + −−=−−=−−=− − =−−= ∫∫ 2 3)73( 24 3)73( 222 3)73( 22 3 2 )73(3. 2 1 2 1).73( 2 2 222 2222 cxdxxsendxxsenxdxsen csenxdxxx csenxxdx +−===× += += ∫∫∫ ∫ ∫ 4cos 4 1 .4.4 4 1 4 4.4 4 44 )'(cos cos =1 ( ) xx xsenIp x x xsen xdxsenxxsendxsenxxsenxIp xsenxdxvxdxdv dxduxu xdxx 2cos 4 5)35.( 2 2 2 2cos 2 5)35.( 2 22 2 5)35.( 2 2 .5. 2 12 2 1).35( 2 2 12cos2cos 535 2cos)35( +−= − −−=−−=−−= ==⇒= =⇒−= − ∫∫ ∫ ∫ +c Rev segunda-feira, 4 de março de 2013 21:48 Página 9 de Calc II Resolva as integrais: ∫∫∫ ∫ ∫ +−=−−−=−= −=⇒=⇒= =⇒= xdxxxxxdxxxxvduvuIp xvsenxdxvsenxdxdv xdxduxu senxdxx cos2cos2cos)cos.(. cos 2 )4 22 2 2 xxsenxxsenxxsenxdxsenxxI senxvxdxxvxdxdv dxduxu xdxxI p cos)cos(.. coscos cos 2 2 +=−−=−= =⇒=⇒= =⇒= = ∫ ∫ ∫ cxxsenxxxxxsenxxxIp +++−=++−= cos22cos)cos(2cos 22 I2 ∫∫ −=−= xdxexsenexdxeexsenIp xxxx 2cos 3 22. 3 12cos2 3 1 3 1 .2 3333 xxx x eevdxedv dxxsenduxu xdxeI 333 3 3 1 .222cos 2cos2 ==⇒= −=⇒= = ∫ ∫ ( )∫∫ ⇒+=−−= IpxdxsenexedxxseneexpI xxxx 23 22cos. 3 1)22( 3 1 3 1 .2cos2 3333 IpxexseneIpxexseneIp xxxx 9 42cos 9 22 3 1 3 22cos 3 1 3 22 3 1 3333 −−= +−= 9) 23 2 3 3 2 3 312 1 3 2 1 3232 3)'1( )1( 3 2 2 3 )1( 1 2 1 )1()1(313)5 xx cx xxdxxxdxxx =+ ++= + = + + =+=+ + ∫∫ ∫ ∫ ==⇒= =⇒= xxx x edxevdxedv dxxduxsenu xdxsene 333 3 3 1 2cos22 2 Exercícios terça-feira, 5 de março de 2013 19:10 Página 10 de Calc II cxxseneIp xxseneIp xexsene IpIp xexseneIpIp x x xx xx + −= −= −= + −=+ 2cos 3 22 39 9 2cos 3 22 3 1 9 13 2cos 9 22 3 1 9 49 2cos 9 22 3 1 1/9 4 91 3 3 33 33 (continuação) OBS: ∫ ∫∫∫∫ =⇒=⇒= ==⇒= === xvdxvdxdv dx xx dxduxu xdxxdxdxxdxx 1ln ln 2 1ln 2 1lnln 2 1 xx B xx A xx dx x Bdx x Adx xx dx xx /)5()5/()5( 1 5)5( 1 5 1 2 − + − = − − += − = − ∫∫∫∫ ABAxBxAAxBxxA 5)(5)5(1 −+=+−=+−= 5 10 =→=+ BBA 5 115 −=→= AA 5 1 5 1 5 1 5 1 ln)5ln()5ln(ln)5ln( 5 1ln 5 1 55 1 5 15/15/1 xxxxxx x dx x dxdx x dx x I −−=−+−=−+= − +=+ − = ∫∫∫∫ c x xI +−= 5 1 5 1 )5(ln cxdx x +=∫ ln 1 OBS: Para casa: ( ) ∫ ∫ ∫ ∫ ∫ ∫ ∫ ∫ = = = + = = + = =+ dxx dttsen dx x x dx x x dx x x dx x xe xdxx dxxx x ln)11 )3()10 ln)8 1 )7 ln)6 )1()3 ln)2 )5()1 4 2 2 2 8 ∫ ∫ ∫ ∫ −+ ++ − + = −+ + += dx xxx xx dx x xx dx xx x cxdx x 232 12 1 2 5 ln1 23 2 3 2 Ex.9 terça-feira, 5 de março de 2013 19:47 Página 11 de Calc II Seja z = f(x,y) uma função contínua numa região R limitada do plano xy. Então: ∫∫ dydxyxf ),( é a "integral dupla segundo Riemann" OBS: 1) É uma integral dupla se, e somente se, F(x,y) for contínua em R e R for uma região limitada do plano. 2) O resultado de uma integral dupla por definição é um volume, pois F(x,y) é a altura do sólido. 3) Quando F(x,y) = 1, a integral dupla nos fornece a área da região do plano. 4) dA pode ser dxdy ou dydx. A ordem depende da região R1, que poderá ser do tipo T1 ou do tipo T2. R ∫∫∫∫∫∫∫∫ +++= RnRRR dAyxFdAyxFdAyxFdAyxF ),(...),(),(),( 21 ∑ =+→ ∆−= n k KK xn AkyxFv 1 ** )(lim ∫∫∫∫ = RR dAyxfcdAyxcf ),(),( (c é uma constante) ∫∫∫∫∫∫ ∫∫∫∫∫∫ −=− +=+ RRR RRR dAyxgdAyxfdAyxgyxf dAyxgdAyxfdAyxgyxf ),(),()],(),([ ),(),()],(),([ Exercício: ( ) ..24)0.20()4.24(22 2 222)22( 22 2 00. 2 )2(2. 22 ),(2 ),( 224 0 2 4 0 24 0 4 0 4 0 222 0 222 0 2 0 2 0 2 0 2 0 4 0 vuxxx xdxxdxdxxV xxx y xyydyxydyxdydyyxI dydxyx =+−+=+= +=+=+= += +− += +=+=+== ∫∫∫ ∫∫∫∫ ∫∫ vu xdxxdxxv x xxy xdyyxdyyxI dydxyx . 3 128 3 )0.(2 3 )4.(2 3 .222 2 2 0 2 2 2 .2 334 0 34 0 24 0 2 2 22222 0 2 22 0 22 0 2 2 0 24 0 | =−==== = −= === ∫∫ ∫∫ ∫∫ 1) 2) Integrais Múltiplas segunda-feira, 11 de março de 2013 20:37 Página 12 de Calc II (x + y)' = 1 elnx = x | | 8ln 1 8ln 1 8ln 1 8ln 1 8ln 1 00ln0ln ln 0 ln 0 ln 0 8ln 1 ).(.).( ...2 yyyyyy yyyyyyy y yxy yx y yx edyeydyedyeydyeeyv eeyeeeeeeedxeI dydxe −=−=−= −=−=−=== ∫∫∫∫ ∫ ∫∫ ++++ + 88ln888.8ln)1().8(ln.3 ..3 118ln8ln 8ln 1 8ln 1 | −=+−−=−−−=−=−= ==⇒= =⇒= −=⇒= ∫ ∫ ∫∫ eeeeeeeyedyeeyI edyevdyedv dyduyu vduvuIpdyeyI yyyy yyy y ..168ln8888ln8)(88ln8 18ln vueeeev +−=+−−=−−−= xxxxxyxdysenyxdysenyxI dydxsenyx x xx x +−=−−=−=== ∫∫ ∫∫ cos)0cos.(cos)cos.(.2 . | 0 00 00 pi 2 coscos)cos( 2 0000 x xdxxxdxxdxxdxxxxv +−=+−−=+−= ∫∫∫∫ pipipipi senxxdxxdxdv dxduxu xdxxI =⇒= =⇒= −= ∫ ∫ coscos cos3 0 pi [ ] [ ] ( ) vu x sensenI xsenxxxsenxxxsenxxsenxdxsenxxI . 2 2 2 0 2 2 2 2)1()1()0cos00()cos(3 cos.cos.)cos(.).(3 222 0 2 0 | pipipipipi pi pi += −+=+=+−−=−−−−−= =−−=+−=−−−=−−= ∫ Exemplos segunda-feira, 11 de março de 2013 21:33 Página 13 de Calc II Cálculo de área Fórmula geral da Integral: (montar composição da área total do somatório de curvas) y=x y=x2 6 1 2 1 3 1 3 1 3 2 1 2 21 1;0)1(0 | | 1 0 31 0 2 1 0 21 0 21 22 =−= == == −= ==⇒−⇒=−⇒= ∫ ∫ At xdxx x xdx AAAt xxxxxxxx .. 3 4 3 164 3 16 3 82 3 22 4 4 16 4 21 2;0;0)2(022 | | 1 0 32 0 2 1 0 42 0 322323 auAt xdxx xdxx AAAt xxxxxxxxxx =−= === === −= ←====−⇒=−⇒= ∫ ∫ Revisão terça-feira, 12 de março de 2013 18:53 Página 14 de Calc II ∫∫∫∫ = = →= )( )( 2 1 ))(,(),( xgy xgy b a dAdydxyxfdAyxf Tipo I ∫∫∫∫ = = →= )( )( 2 1 ))(,(),( xhy xhy b a dAdxdyyxfdAyxf Tipo II Calcular a área da região R, compreendida em: ∫ ∫ ∫∫ == = 4 0 2 2 1 1 )(),( x x R dydxAv dydxdAyxf x = 0; x = 4; y = 1/2, y = x1/2 ; f(x,y)=Z=1 ( ) 41 4 1 4 1 2 1 2 2 2 =⇒ −⇒= = xxxxx xx a b Y=g2(x) Y=g1(x) Y xa b Y=g2(x) Y=g1(x) Y x a b x=h2(y) x=h1(y) Y x a b x=h2(y) x=h1(y) Y x Y RR Y = x Y = x 1/21/2 Y = Y = ½½ xx X=4X=4 x b a Y=g2(x) Y=g1(x) ∫ ∫∫∫ = dydxyxfdAyxf ),(),( ∫ ∫∫∫ = dxdyyxfdAyxf ),(),( dAdA x b a Y=g2(x) Y=g1(x) ∫ ∫∫∫ = dydxyxfdAyxf ),(),( b a Y=g2(x) Y=g1(x) ∫ ∫∫∫ = dydxyxfdAyxf ),(),( ∫ ∫∫∫ = dxdyyxfdAyxf ),(),( dAdA Cálc área volume por int dupla terça-feira, 12 de março de 2013 19:31 Página 15 de Calc II 3. Calcular o volume da Região R delimitada por y=x2+1 e x+y=3 e z=x2+y2 RR x+y=3x+y=3 Y x x=yx=y22+1+1 x + y = 3 x = y2 + 1 Calcule o volume de R p/ Z = 5: RR Y=2xY=2x Y x Y=xY=x22 2 RR Y=2xY=2x Y x Y=xY=x22 2 .. 3 20 02. 3 52.5 3 55 32 2525)2(5 )2(5552 5 32 2 0 32 2 0 322 0 22 0 2 0 2 2 22 2 0 2 | 2 2 2 vuv xx xxdxxxdxdxxxv xxydyI dydxv x x x x x x = − −= −= −= −=−= −=== == ∫∫∫ ∫ ∫ ∫ 0231 1 3 1 3 22 22 =−+⇒−=+ += −= → += =+ yyyy yx yx yx yx → 1 2 2 1 2 1 = −= −= −= y y P S ..16,37 70 26012 3 )1( 3 )3( 2 3 )1( 3 )3(3 3 )1( 3 )3(2 )1( 3 )1()3( 3 )3( 3 )(2 )(),( 1 2 432 323 432 323 2432 323 22 32 2 33 1 2 33 1 22 1 2 3 1 22 2 2 2 vudyyyyyyV yyyyyyyyyyyI yyyyyyxyxdxyxI dxdyyxdAyxf y y y y y y R ==−−+ + − − = −−+ + − − =−−−+ + − − = ++ + − −+ − = +=+= +⇒ ∫ ∫ ∫ ∫∫∫ − − + − + − − + Exemplos terça-feira, 12 de março de 2013 19:59 Página 16 de Calc II Resolva as integrais duplas: ∫ ∫ − +4 3 1 0 2 4 23 dxdy x x ∫ ∫ pi 0 1 0 3 2cos dxdyxe x ∫∫∫ ∫∫ ∫ ∫ − + + ⇒ − + = − + = − + = − + = − + = − + dx x Bdx x Adx x x v x xy x xdy x xdy x xI dydx x x )2()2(4 23 4 23 . 4 23 4 23 4 232 4 23 4 3 2 2 1 0 2 1 02 1 0 2 4 3 1 0 2 | )2( )2( )2( )2()2)(2( 23 )2()2(4 23 2 + − + − + = −+ + = − + + = − + x x B x x A xx x x B x A x x BABAxBBxAAxxxBxAx 22)(2223)2()2(23 +−+=++−=+⇒++−=+ 1) =+− =+ 222 3 BA BA 222622)3(2 3 =⇒=+−⇒=+−− −= BBBB BA 1)2(3 =−=A [ ] ..57,15ln4ln6ln5ln24ln)23)(23ln()24)(24ln( )2)(2ln()2ln()2ln( )2ln(2)2ln( 2 2 2 1 4 23 22 4 3 22 1 0 2 vuv xxxxv xxdx x dx x dx x x v =−+=−=−+−−+= −+=−++= −++= − + + ⇒ − + = ∫∫∫ baba ba b a xaxa lnln).ln( lnlnln lnln += −= = OBS: 2) ( ) ( ) ..4,859.2 39 9 . 39 901. 39 901. 39 90.2. 3 20.2cos. 39 92. 3 22cos. 39 9 2. 3 22cos. 39 92. 3 22cos. 3 1 . 13 9 2. 3 22cos. 3 1 9 132. 9 22cos. 3 1 9 4 9 42. 9 22cos. 3 1 3 22. 3 1 3 22cos. 3 1 2cos. 3 22. 3 2cos2. 33 .23 3 ;2cos2;2 ..2.3 2. 3 2)2cos(. 3 22. 33 ).2cos( 3 ; 222.2)'2.(2);2cos( ..)2cos( )2cos().2cos()2cos()2cos( )2cos( 3030.33 0 33 333 3333 3 333 3 33 3 3 333 3 33 0 3 3 1 0 31 0 31 0 3 0 1 0 3 | | vueeesenesenev xsenxexsenxeIp xsenxeIpxsenexeIpIp IpxsenexeIpxsenexeIp dxxexsenexeexsenI edxevedvxduxsenu duvvuxdxseneI xdxsenexexdxseneexIp edxevedv xsenxsenxxsenduxu duvvudxxeIp xeyxedyxedyxe dydxxe xx xxx xxxx x xxx x xx x x xxx x xx x xxxx x =−=+−+= +− += += += +=⇒+=+ −+= −+= −=−= ===== −⇒= −−=−−= === −=−=−== −⇒= === ∫∫ ∫ ∫∫ ∫∫ ∫ ∫∫ ∫∫ ∫ ∫ pipipi pi pi pi pipi Ip AV1 - 2012 segunda-feira, 18 de março de 2013 20:30 Página 17 de Calc II ex. 2: 86 - 87 - 88 Lista de exercício para aula de sábado: ∫ ∫ ∫ ∫ ∫ − + dx e x dxxx dxxx dxxe dxxe x x x 3 4 2 5 )32( )7( ∫ ∫ ∫ ∫ ∫ ∫ ∫ + + + dx x x dxx xdxx dxxdux dxxx dx x x dxex x )ln(ln 1ln cos 1 1 2 ∫ ∫ ∫ − dxxxe xdxx xdxxsen x )( 5ln 8 22 2) Determine a área da escassez do produto no gráfico apresentado. Utilize a integração dupla. y x 174 2914 114 demanda p = 174-6x oferta p = x2 + 14 excesso escassez 16 10 160 6 016060174146 146174 2 1 22 2 −= = −= −= =−+⇒=−++ +=− x x P S xxxx xx 10 ∫ ∫ − + 10 0 6174 142 )1(x x dydx área limite de x ..7,96610.160 2 106 3 10 0.160 2 06 3 010.160 2 106 3 10160 2 6 3 1606 1606146174)14(61742 23 232310 0 2310 0 2 222 6174 14 6174 14 | 2 2 auA x xxdxxxA xxxxxxydyI x x x x =+−−= +−−− +−−= +−−=+−−= +−−=−−−=+−−=== ∫ ∫ − + − + continuação segunda-feira, 18 de março de 2013 21:30 Página 18 de Calc II Aula de reforço e Reposição c x e x eex edxexedxexeIp edxevedvdxduxu duvvudxex xxx x x xxx x xx x + − = −=−=−=−= ===== −⇒ ∫∫ ∫ ∫ ∫ 25 125 25 1 525 1 . 5 .5. 5 1 . 5 1 . 5 . 5 . 5 5 ;|, ... 555 5 5 555 5 35 5 cxx x xx xdxxxxIp xx xdxxvxdv dxduxu duvvudxxx ++−+=+−+=+−+= +=+ + =+=+= == −⇒+ ∫ ∫ ∫∫ 10910999 9 9 88 8 )5( 90 1)5.( 9 )5( 10 1 . 9 1)5.( 9 )5( 9 1)5( 9 1 . )1.()5( 9 1)'5.( 9 )5()5(;)5( ; ...)5( c xx x xx xdxxxxdxxxxxxdxxxxIp xdxxvxdvdx x duxu duvvudxxx +−=−=−=−=−= ===== −⇒ ∫∫∫ ∫ ∫∫ −− 93 .ln 3 . 3 1 3 .ln 3 1 3 .ln.. 3 1 3 .ln.. 33 .ln 3 ;|1;ln ...ln 3333 2 3 13 3 1 33 3 22 2 ∫∫ ∫ ∫∫ −⇒ −= ===== −⇒ duvvuxdxxxxIp xdxxvxdvxdusenxu duvvusenxdxx ..cos. 33 .cos 3 .;|cos; ... 33 3 22 2 IpsenxxxxIpIpsenxxxxIp dxxsenxsenxxIp senxdxxvxdvxxduxu +−=⇒ −−= −= ====== ∫ ∫ . 33 .cos. 33 .cos ... 3 ' .cos;cos|3. 3 1 ; 3 3333 2 3 22 3 Ip cedxxedxexdxexdxex xx x xx +==== ∫∫∫∫ 33 3 33 . 3 13 3 1 3 3 3 3 . 2 2 22 ????? cx xxx xdxxxxdxxxxdx x xx xIp xdxxvxdvdx x duxu duvvuxdxx + −=−=−=−=−= ===== −⇒ ∫∫∫ ∫ ∫∫ 3 1ln 363 .ln 3 1 3 .ln 33 .ln1. 33 .ln 3 ;|1;ln ..ln 333 2 32333 3 22 2 cx xxdxxxdxxx ++=+= + + =+=+ + ∫∫ 2 3 3 2 3 312 1 3 22 1 332 )1( 3 2 2 3 )1( 1 2 1 )1(3.)1(13 cx x xxxxxxdxxxdx x x xxdx x xxxdx x xxxIp xdxvdxdv x duxu duvvuxdxxdxdxxdxx +−=−⇒−=−=−=−=−= ===== −⇒=== ∫∫∫∫ ∫ ∫∫∫∫∫ )1(ln 2 )ln.( 2 1ln.ln.ln.1.ln.1..ln ;|1;ln ..ln 2 1ln 2 1lnln 2 1 Reposição sábado, 23 de março de 2013 08:00 Página 19 de Calc II ( ) ( ) ( ) ( ) 3 ln 12 ln1 .lnln 312 2 2 xxdx x xdx x x = + == + ∫∫ ( ) x x 1 'ln = ( ) ( ) cxxxxdxxdxxxdx x x ++=+=+=+=+= + ∫∫∫ −− 1ln1ln1ln 2 12.)1( 2 1 2 2 ..)1( 1 22 1 221212 2 (x2 +1)' = 2x Frações Parciais: ABAxBxAAxBxxA x B x A xx dx x Bdx x Adx xx dx xx xx 5)(5)5(1 5)5( 1 5)5( 1 5 1 /)5/( 2 −+=+−=+−= − += − − += − = − − ∫∫∫∫ 0 + 1 = x(A + B) -5A 5 1| 5 1 15 0 =−=⇒ =− =+ BA A BA 5 1 5 1 5 1 5 1 )5.(ln)5ln(ln 5 ln)5ln()5ln( 5 1ln 5 1 5 1 5 11 5 1 5 5 1 5 1 −=−+== −− =−+−= − +−= − + − = −− ∫∫∫∫ xxxxI xx xxdx x dx x dx x dx x I ln a.b = lna + lnb ln a/b = lna - lnb ∫∫∫∫∫ ++−+=+− − = −− − dx x Cdx x Bdx x Adx xxx xdx xxx x )1()2()1)(2( )24( )2( )24( 23 )1)(2()2( 2 +−=−− xxxxxx ( ) cxxxI dx x dx x dx x dx x dx x dx x I BCCCC CBCB A A CBA CBA ACBAxCBAxCxCxBxBxAAxAxx xCxxBxxxA x C x B x A xxx x xxxxxx +−−−+= + − − += + − + − += =+−=⇒−=⇒−=⇒=+++ +=⇒=−+− = −=− =−+− =++ −−+−+++=−+++−−=− −++++−= + + − += +− − ∫∫∫∫∫∫ −++− )1ln(2)2ln()ln( )1( 12)2( 11 )1( 2 )2( 11 15222630)52(1 52421 1 22 42 0 2)2()(2224 )2()1()1)(2()1()2()1)(2( )24( 2222 )2(/)1(/)1)(2/( cxxxxdx x dxdx x dxI BB BA A BAAxBxA x BA x x dx x BAdxdx x x x +−+=−+= − += − += =⇒=+− =+− = +−=+−⇒ − += − − += − ∫∫∫∫ ∫∫∫ − 6 1/6/ )6ln()6ln(6 6 16 6 61 606 06 1 6)6( 616 66 Reposição sábado, 23 de março de 2013 10:00 Página 20 de Calc II c x x xxI xxxxdx x dx x dx x dx x I BBBBB ABA BA BA BABAxBBxAAx x B x A xx xdx x Bdx x Adx xx x xx + + + =++= +++=+++−= + + + −= + + + − = =−=−⇒=++− −=+−=⇒+−= =+ =+ +++=+++= + + + = ++ + ⇒ + + + = ++ + − − ++ ∫∫∫∫ ∫∫∫ 2 )1(ln)1.()2ln( )1ln()2ln()1ln(2)2ln( 1 12 2 11 1 2 2 1 2;132321 11)2(1 32 1 2)(2 1223 3 1223 3 2 21 21 2/1/ 22 Reposição sábado, 23 de março de 2013 12:00 Página 21 de Calc II Integrais duplas por Coordenadas Polares: R θ R. θ x y θθθ θ ddrrsenRRf ddrrdAyxf ..).,cos.( ...),(∫∫ ( ) ( )22 1 xy −= 1 x y ≤≤ ≤≤ 20 10 piθ R 2 pi ( ) ( ) 1 11 10 22 2222 2 =+ −=⇒−= −≤≤ yx xyxy xy ( ) ( ) ( ) ( ) vueeedede eeeedrReI ddrReddrRe ddredydxe RR RsenR senrr x yx .)1( 42 ).1( 2 1).1( 2 11 2 11 2 1 1 2 1 2 1 2 1 2 2 ..2 .... . | | 2 0 2 0 2 0 1 0 01 1 0 2 0 1 0 2 0 1 0 )(cos 2 0 1 0 ).()cos.(1 0 1 0 222 2222 22 2 22 −=−=−=−=− −=−=== = → ∫∫ ∫ ∫ ∫∫ ∫ ∫ ∫∫ ∫ + +− + pipiθθθ θθ θ pi pipi pipi θθ pi θθ 24 y− 2 pi x= 22 3 pipi −= 20 44)4()( 22 3 22 40 222222 2 2 2 4 0 22 2 ≤≤ =+⇒−=⇒−= −= ≤≤− −≤≤ +∫ ∫ − − R yxyxyx y yx dxdyyx y pipi .. 3 8 2 . 3 16 3 16 3 82 3 8 3 ..2 .....)(cos ..cos | | 2 0 2 0 2 0 22 0 2 2 0 2 0 2 0 2 0 222 2 2 2 0 22222 2 4 0 22 2 vudv RddRRI ddRRRddRRsenR ddRRsenRRdxdyyx y pi piθθ θ θθθθ θθθ pi pi pipi pi pi ==== === =+ +→+ ∫ ∫ ∫ ∫∫ ∫ ∫ ∫∫ ∫ − − − Coordenadas Polares segunda-feira, 25 de março de 2013 20:35 Página 22 de Calc II .. 2 2. 4 1 4 1 4 1 4 1 4 .2 ....)cos()( 11)1()( 11 11 )( | | 2 0 2 0 1 0 41 0 3 2 0 1 0 2 0 1 0 322 0 1 0 22221 1 1 1 22 2222222 22 1 1 1 1 22 2 2 2 2 vudv RdRRI dRdRdRdRRdRdRsenRRdxdyyx yxyxyx y yxy dxdyyx y y y y pi piθθ θθθθθ pi pi pi pipi ==== === ==+→+ =+⇒−=⇒−= ≤≤− −≤≤−− + ∫ ∫ ∫ ∫ ∫ ∫∫ ∫∫ ∫ ∫ ∫ − − −− − − −− ( ) ( ) ( ) ( )∫∫∫ ∫ ∫ ∫ ∫∫ ∫ +=+=+= +=+→+ − − −− 1 0 21 0 21 0 2 2 0 1 0 2 0 1 0 222221 1 1 1 22 . 2 2 .1ln 2 1 . 2 2 .1ln.1ln2 ..1ln..)cosln()ln( 2 2 dRRRdRRRdRRRI ddRRRddRRsenRRdxdyyx y y pi pi θθθθ continua... Próximo Exercício: ∫ ∫ − − −− + 1 1 1 1 22 2 2 )(y y dxdyyx Exercício segunda-feira, 25 de março de 2013 21:34 Página 23 de Calc II use coordenadas polares e calcule as integrais ∫∫ +− R yx dAe )( 22 p/ a região contida em: 122 =+ yx ∫∫ −− R dAyx 229 p/ a região contida em: x2 + y2 = 9, no primeiro e segundo quadrante. dydxe y y yx ∫ ∫ − − −− +−2 2 4 4 )( 2 2 22 dydxyx y ∫ ∫ − + 1 0 1 0 22 2 )cos( Dia 02/04 - Simulado 09/04 - AV1 Resolução 146 dxdyyxv ∫ ∫ +−= 3 0 4 0 2 14 Resolução 147 ( ) dxdyxv ∫ ∫ −= 40 3 0 6 Resolução 148 dydxv y y∫ ∫ − = 2 0 4 5 dydxv x x∫ ∫ − = 2 0 4 5 (149) ( ) dxdyyxv x∫ ∫ +− −−= 40 220 224Resolução 150 Resolução 152 Resolução 153 ∫ ∫∫ ∫ ∫∫ −+− +− = ≤≤ ≤≤ =+ pipi θθ θθ θ 2 0 1 0 2 0 1 0 )cos( 22 )( .... 10 1 22222 22 ddRReddRRe R yx dAe RsenRR R yx 1 2 1 2 1 2 12 ).2( 2 1 2 ).2( 2 2 ..2 10)1( 1 0 1 0 1 0 1 0 22 2 2 2 | −−=−−=−= −−= − − = − − = −−− − − − ∫∫∫ eeeeI dRRedRRedRReI R R R R ..)1( 2).1( 2 1)1( 2 1)1( 2 1).1( 2 1 1 1 2 0 12 0 12 0 1 | vuev eededev −−= −−=−−=−−=−−= − −−−− ∫∫ pi piθθθ pi pipi 1) 2) 3) 4) Ex terça-feira, 26 de março de 2013 18:50 Página 24 de Calc II ∫∫ −− R dAyx 229 Resolução 153 - 154 9 3 279.9 3 19 3 19 3 1)09()39( 3 1)9( 3 12 2 3 )9( 2 1 1 2 1 )9( 2 1 2 2)9( 2 2 .)9(2 232 3 2 3 22 3 2 30 2 3 2 3 0 2 3 2 3 0 1 2 1 23 0 2 1 23 0 2 1 2 ==−=−= −−= −−−−= −−= − −= + − −= − − = − − −= + ∫∫ RI RRdRRRdRRRI 0 ..999 | 0 0 vudv piθθ pi pi === ∫ Ex. terça-feira, 26 de março de 2013 19:49 Página 25 de Calc II x y R ∫∫ R Z dAyxf 321 ),( dydx dxdy 3 4 ∫ ∫ +− 3 0 4 0 2 14 dydxyx Z 4434421 ( ) ( ) ( ) ( ) ..42 60183.20 2 3.420 2 4204204204 2044164 4 44)4( 4 )4( 2 14 2 142 23 0 3 0 23 0 3 0 3 0 3 0 3 0 24 0 24 0 4 0 4 0 4 0 || || vuv x xdxxdxdxdxxdxxv xxx yyxdyydyxdyyxI = +−=+−=+−=+−=+−=+−= +−=++−=+−=+−= +−= +−= ∫∫∫∫∫ ∫∫∫ x y R 4 3 ( )∫ ∫ −40 3 0 6 dydxx ( ) ( ) ( ) ( ) ..4872244.18 2 4.318 2 3183183 183366662 24 0 4 0 24 0 4 0 4 0 3 0 3 0 3 0 || | vux xdxxdxdxxv xxyxdyxdyxI =+−=+−=+−=+−=+−= +−=−=−=−=−= ∫∫∫ ∫∫ x y y = x y = -x+4 Z=5 2424 =⇒=⇒+−= xxxx 2 4 2 R ∫ ∫ −2 0 4 5 y y dxdy ∫ ∫ +−2 0 4 5 x x dydx ( ) ( )[ ] [ ] [ ] [ ] ..20402002.20 2 21020 2 102010 20105205545555 5 22 0 22 0 444 2 0 4 | vux xdxx xxxxxydydy dydx x x x x x x x x =+−=− +−= +−=+− +−=−+−=−+−=== ∫ ∫∫ ∫ ∫ +− +−+− +− 26-03 - limp terça-feira, 26 de março de 2013 20:19 Página 26 de Calc II x y 1 2 y = -2x + 2 ∫ ∫ +− −− 2 0 22 0 224 x dydxyx ( ) ( )( ) ( ) [ ] ( )( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) [ ] ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 67,2067,2"'0 4 2 4 2 . 6 1 " 4 20.2 4 22.2 . 6 1 4 22 . 6 12.22 2 1 . 3 1 2 2 .22 3 1 3 22 " 67,2161633,582.8 2 28 3 22 4 228 2 8 3 2 4 28822' 3 228822 3 228822 3 2288222 3 2222.40 3 2222.4 3 .442 4 44 442 0 42 0 32 0 32 0 3 2342 0 2342 0 23 2 0 32 0 232 0 3 23 3 23 3 2 3 2 22 0 3 222 0 22 2 0 22 0 22 | =+=+=∴= − − −= +− − +− −= +− −=−+− −= − − +−= +− = =+−−= +−−= +−−=+−−= +− −+−−= +− −+−−= +− −+−−= +− −+−−=− +− −+−−= −−=−−= −− ∫∫∫ ∫ ∫∫∫ ∫ ∫ ∫ +− +− +− IIII xdxxdxxdxxI x xxxdxxxxI dxxdxxxxdxxxxxI x xxxI x xx x xx yyxdyyxI dydxyx x x x u.v. x y 1 y = x y = 1 1)( 1 2 22 +−= =+ yz zy ∫∫ ∫ ∫ +=+−= +− 1 2 1 21 2 1 0 1 2 )1(1)(2 1)( xx x dyydyyI dydxy cont terça-feira, 26 de março de 2013 20:30 Página 27 de Calc II ..33,2167,1032 3 242.16 3 416416 41644 4 32 0 32 0 2 2 4 0 4 0 2 0 4 0 | 2 2 2 vu x xdxx xydy dydx x x x =−= −= −=− −== ∫ ∫ ∫ ∫ − − − y = 4 – x22 4 y x z = 4 4 4 2 4 - x2 - y = 0 x y y = 0 y = 4 - x2 cont terça-feira, 26 de março de 2013 20:30 Página 28 de Calc II 1) Centróide, centro de gravidade: Suponha um corpo rígido sofra ação de um campo gravitacional. Como este corpo é composto por várias partículas, cada uma delas está sendo afetada pela gravidade.Essas forças individuais podem ser substituídas por uma única força atuando em um ponto chamado de centro de gravidade do corpo. 2) Densidade de uma lâmina. Considere um corpo muito fino e que esteja em um plano bidimensional. Tal corpo é chamado de lâmina, considerado homogêneo com composição uniforme. A densidade da lâmina é definida como sendo a sua massa por unidade de área. Logo: Suponha que a lâmina seja colocada em um plano xy. A DENSIDADE no ponto (x,y) é especificada por ρ(x,y), chamada de função densidade. A M =ρ Que relaciona a massa M com a área A de uma pequena região retangular de LÂMINA, centrada no ponto (x,y). 3) Massa de uma lâmina: Se uma lâmina com função contínua ρ(x.y) ocupa uma região R do plano (x,y), então sua massa total é dada por: Logo: AyxM A Myx A ∆=∆⇒ ∆ ∆ = →∆ ),( lim),( 0 ρ ρ ∫∫= R dAyxM ),(ρ plano (x,y) (x,y) área = ΔA massa = ΔM x y Ex: Uma lâmina triangular de vértices (0,0), (0,1) e (1,0) tem função densidade ρ=xy. Calcule a massa total (0,0) (0,1) (1,0) y = -x + 1 [ ] [ ] [ ] 22 2 1)1)((2)( 2 0)1( 2 0)1( 22 2 ),( 2 3 2222 1 0 21 0 1 0 1 0 | x x xI xx x x x x xy xxydyI xydydxM dAyxM x x x R ++= +−−−=−+−=−+−=== = = +− +− +− ∫ ∫ ∫ ∫∫ρ .. 24 17 4 1 3 1 8 1 4 1 3 1 8 1 43822 1 342 1 22 2341 0 2341 0 1 0 234 2 3 mu xxxxxxdxxxxM =++=++= ++= ++= ++= ∫ Aplicações de Integrais Duplas segunda-feira, 1 de abril de 2013 20:29 Página 29 de Calc II Centro de gravidade de uma lâmina: Suponha que a aceleração devida a força da gravidade seja constante, agindo p/ baixo e suponha que uma lâmina ocupe uma região R no plano (x,y) horizontal. Pode ser mostrado que existe um ponto (x,y) único que pode ou não pertencer a região R, tal que o ponto de gravidade sobre a lâmina é equivalente ao de uma só força atuando no ponto (x,y). A esse ponto chamamos de centro de gravidade da lâmina. Fómulas: ∫∫ ∫∫ = R R dAyx dAyxx x ),( ),( ρ ρ ∫∫ ∫∫ = R R dAyx dAyxy y ),( ),( ρ ρ Representação gráfica: força única atuando no CG (x,y) lâmina y x y = y y = by = a x = x R Nota Importante: Observe que as fórmulas apresentam a massa M no denominador, o numerador p/ x é My e p/ y é Mx e é chamado de primeiro momento da lâmina em torno dos eixos x e y. Região no plano (x,y) ∫∫== R dAyxx RdemassaMy M x ),(1 ρ ∫∫== R dAyxy RdemassaMx My ),(1 ρ _ _ Ex: Calcule o C.G. da lâmina triangular: (0,0) (1,0) (0,1) y = -x + 1 M = Já calculada no ex. anterior ∫ ∫∫∫ ∫ ∫∫∫ ∫∫ +− +− === === == 1 0 1 0 1 0 1 0 60 1)(),( 60 1)(),( 24 17),( x R x R R dydxxyydAyxyMx dydxxyxdAyxxMy dAyxM ρ ρ ρ Logo: Coordenadas do CG: 85 2 , 85 285 2 24 17 60 1 === My M x 85 2 24 17 60 1 === Mx My Exemplo segunda-feira, 1 de abril de 2013 21:04 Página 30 de Calc II 1) Funções de várias variáveis, seus domínios e imagens (5 exemplos). 2) Gráficos de funções de várias variáveis (5 exemplos). 3) Funções Vetoriais, lançamento de projéteis (5 exemplos). 4)Equações Paramétricas (5 exemplos). INTEGRAIS TRIPLAS: Para definir a integral tripla de f(x,y,z) em uma região R, vamos dividir a figura apresentada em vários volumes pequenos Trabalho: 2 pontos Prova: 8 pontos Escolhemos um pontoarbitrário em qualquer pequeno volume, logo temos o produto: kkkk Vzyxf ∆).,,( Para cada pequeno volume somamos este produto para obter a soma de Rieman: ∑ = ∆ n k kkkk Vzyxf 1 ).,,( Se repetirmos o processo para todos os pequenos volumes, temos: kkkk nR VzyxfdVzyxf ∆= ∞→ ∫∫∫ ).,,().,,( lim É denominada integral tripla de f(x,y,z) na região R para f for contínuo nesta região. Propriedades das Integrais Triplas: y x z Vol = ∆Vk p(xk,yk,zk).ΔVk ∫∫∫∫∫∫ = RR dVzyxfcdVzyxfca ).,,().,,(.) [ ] ∫∫∫∫∫∫∫∫∫ ±=± RRR dVzyxgdVzyxfdVzyxgzyxfb ),,(),,(),,(),,() Se a região R for dividida em sub-regiões R1 e R2, como apresentado nas figuras, temos: ∫∫∫∫∫∫∫∫∫ += 21 ).,,().,,().,,( RRR dVzyxfdVzyxfdVzyxf G1 G2 Trabalho de Campo - AV2 terça-feira, 16 de abril de 2013 18:14 Página 31 de Calc II 1) Calcule a Integral ∫ ∫ ∫ ++= 1 0 1 0 1 0 222 )( dzdydxzyxI 1 3 3 3 2 3 11. 3 2 3 1 . 3 2 33 2 3 2 3 2 3 1 3 11. 3 11. 3 12 . 33 1 3 1 3 12 3 11.1. 3 11 .. 3 )(1 3 1 0 31 0 21 0 1 0 2 222 33 1 0 2 31 0 21 0 21 0 1 0 22 2222 3 1 0 22 31 0 21 0 21 0 21 0 222 ==+= += +=+= += +=++= ++= ++=++= ++= ++= ++= ++=++=++= ∫∫∫ ∫∫∫∫ ∫∫∫∫ I z zdzzdzdzzI zzzI yzyydyzdyydydyzyI zyzyI xzxyxdxzdxydxxdxzyxI 10lnln)ln(13 1)0lnln.(1)ln(11112 1)0lnln.(1)ln(.111 . 11 1 01 1 1 01 1 11 01 1 11 1 1 1 | | | =−=== =−==== =−==== = ∫ ∫∫ ∫∫ ∫ ∫ ∫ ezdy z I z e z y z dy yz dy yz I yz e yz x yz dx xyz dx yzx I dzdydx xyz I e e e ee e ee e e e Exemplo terça-feira, 16 de abril de 2013 19:30 Página 32 de Calc II Cálculo de Integrais Triplas em caixas retangulares: Assim como as integrais duplas podem ser calculadas por duas integrações simples e sucessivas, o seguinte teorema pode ser aplicado: ≤≤ ≤≤ ≤≤ jzh dyc bxa Se f forcontínua na região R, então: ∫∫∫ ∫ ∫ ∫= R b a d c j h dzdydxzyxfdvzyxf ),,(),,( Nota: A integral interada do membro idreito pode ser substituída por qualquer uma das outras resultantes da alteração Ex: Calcule o volume da figura, sendo: ≤≤ ≤≤ ≤≤ 20 40 30 z y x ..24 1 3 0 4 0 2 0 vuv dzdydx = ∫ ∫ ∫ 2) Calcule ∫∫∫ ++ dxdydzzyxf )( Considerando as limitações: −−≤≤ −≤≤ ≤≤ yxz xy x 20 10 10 (plano) y x z y = 1 - x z = 2 – x - y R ∫ ∫ ∫ − −− −− 1 0 1 0 2 0 2 x yx dzdydxyx yxzdzI yx yx −−=== −− −− ∫ 22 | 2 0 2 0 +− −+−−= − −−−−= −−=−−= − − ∫ 2 2122 2 )1()1()1(2 2 223 2 2 21 0 21 0 xx xxx x xxx y xyydyyxI x x +−= − + −−= −++−−= −+−−−= 22 4 2 3 2 2 2 23 2 3 22 23 2 12 22 2 2 1323 2222 2 2 2 xxxxx x x x x x xx xxI +−= 2 2 2 33 2x xI vuxxxxxxdxxxv . 3 2 6 169 6 111 2 3 62 3 3 . 2 1 2 2 2 3 2 2 2 3 32 1 0 3 2 1 0 321 0 2 = +− = +−= +−= +−= +−= ∫ y x z 2 3 4 y = 4 x = 3 z = 2 Cálculo de Integrais Triplas segunda-feira, 22 de abril de 2013 20:40 Página 33 de Calc II Se Z = f(x,y), então podemos interpretar como os valores de Z variam se um dos valores das variáveis x e y podem variar. Por exemplo, A LEI DOS GASES PERFEITOS da física afirma que sob condições normais a pressão exercida por um gás é uma função do volume de gás e sua temperatura. Logo podemos estar interessado na variação do V se T for mantido constante e vice-versa. CONCEITOS: I - Taxa de Variação da Função II - Coeficiente Angular da Reta Tangente Sabe-se que dois problemas estão relacionados as DERIVADAS: Sendo f uma função de duas variáveis surgem as questões: a) Deseja-se calcular a taxa de variação de f(x,y) em relação a qual direção do ponto do domínio (xo,yo)? b) Há infinitas retas no R3 que tangenciam a superfície do plano P, sendo assim, qual a relação da reta tangente que se deseja calcular o coeficiente angular, ou seja, a DERIVADA. REPRESENTAÇÃO GRÁFICA x z 2 3 T1 (tangente) ponto P C2 T2 (tangente) x0 y0 z0 p(x0,y0,z0) z0 = f(x0,y0)C1 DEFINIÇÃO: Derivada parcial de Z [f(x,y)] em relação a x: b) a) Derivada parcial de Z em relação a y: L yxfLyxfyxf dy dyxfyZ y yy ∆ −∆+ === →∆ = ),(),(lim)),(()( 0000 000 | 0 x yxfyxxfyxf dx dyxfx x xx ∆ −∆+ == →∆ = ),(),(lim)),(()( 0000 0000 | 0 Relembrando: a) Derivada da função potência + regra da cadeia: b) Função exponencial + regra da cadeia ( ) dx du unu dx d nn 1 . − = c) Logarítmica + regra da cadeia: dx du ee dx d uu = dx du u u dx d 1)ln( = d) seno + regra da cadeia dx du usenu dx d cos)( = Derivadas Parciais segunda-feira, 6 de maio de 2013 20:37 Página 34 de Calc II cosseno + regra da cadeia: dx du usenu dx d −=)(cos a) de 1a ordem: ),( yxfZ = x ffx ∂ ∂ = y ffy ∂ ∂ = Exemplos: Calcule fx e fy: ∂ = derronde (letra grega) yxyx y ffx yxyx x z x ffx yxyxyxfZ yxp 220 //202 ),( | ),( 22 00 +−=+−= ∂ ∂ = −=+−= ∂ ∂ = ∂ ∂ = +−==1) 2) Exercícios: 12 .20)'2.(. 2 2222 += ∂ ∂ = =+= ∂ ∂ = x xx ye y ffy eyxey x ffx 22 3323 3 .123.4 82.4)'.(4 4) 22 222 2 yeye y ffy exyxeyxey x ffx yeZa xx xxx x == ∂ ∂ = === ∂ ∂ = = 35454545 44454545 45 ).(4)').(( 5).()').(( )cos() yxyxsenyxyxsen y ffy yxyxsenyxyxsen x ffx yxZb −=−= ∂ ∂ = −=−= ∂ ∂ = = xxyxyxy y ffy yxyxyxy x ffx xyZc ).1(2)'1).(1(2 ).1(2)'1.()1(2 )1() 12 2 −=−−= ∂ ∂ = −=−−= ∂ ∂ = −= − ( )[ ] ( )[ ] ( )[ ] ( ) ( )[ ] ( ) ( )[ ] ( )( )3.3cos.32 1.3cos.32 '3'.3.323)3( )3() 22 2 −−−= ∂ ∂ = −−= −−−=−=−= ∂ ∂ = −= yxyxsen y ffy yxyxsenfx yxyxsenyxsenyxsenyxsen x ffx yxsenZd '.'.)'.( ln.1..ln1)'.(ln'. .ln)'.(.ln ln) uvvuvu exe y xeye y xyye y y e y ffy eyyxyey x ffx yeZe xyxyxyxyxyxy xyxy xy += +=+=+= ∂ ∂ = == ∂ ∂ = = regra do produto Ex: Thomas Vol II 11a ed cap14.ex 14.3, 01 a 20 Derivadas Parciais segunda-feira, 6 de maio de 2013 21:14 Página 35 de Calc II Derivada parcial de 2a ordem: Suponha que f seja uma função de duas variáveis x e y, essas funções podem elas mesmas ter derivadas parciais. Isso origina 4 possíveis derivadas parciais de 2a ordem de f, que são definidas por: fxx x f xx f = ∂ ∂ ∂ ∂ = ∂ ∂ 2 2 Derivando duas vezes em relação a x fyy y f yy f = ∂ ∂ ∂ ∂ = ∂ ∂ 2 2 Derivando duas vezes em relaçãoa y fxy x f yxy f = ∂ ∂ ∂ ∂ = ∂∂ ∂2 Derivando em relação a x e depois em relação a y fyx y f xyx f = ∂ ∂ ∂ ∂ = ∂∂ ∂2 Derivando em relação a y e depois em relação a x Nota: Os dois últimos casos são chamados de derivadas parciais de 2a ordem mistas. Importante: fxy = fyx Exemplo: Calcule fxx, fyy, fxy e fyx: yxeyxfz 525),( +== ( )( ) ( ) ( ) ( ) yxyxyx yxyxyx eeyxefxx e x e x yxe xx f x fxx 525252 525252 202.10'52.10)2( 102.5'52.5 +++ +++ ==+= ∂ ∂ = ∂ ∂ =+ ∂ ∂ = ∂ ∂ ∂ ∂ = ( )( ) ( ) ( ) ( ) yxyxyx yxyxyx eeyxefyy efefyxeyy f y fyy 525252 525252 1255.25'52.25)2( 255.5'52.5 +++ +++ ==+= ∂ ∂ = ∂ ∂ =+ ∂ ∂ = ∂ ∂ ∂ ∂ = ( )( ) ( ) ( ) ( ) yxyxyx yxyxyx eeyxefxy efefyxeyx f y fxy 525252 525252 505.10'52.10)2( 102.5'52.5 +++ +++ ==+= ∂ ∂ = ∂ ∂ =+ ∂ ∂ = ∂ ∂ ∂ ∂ = = fyx em relação a x em relação a y Derivadas Parciais de Ordem Superior terça-feira, 7 de maio de 2013 18:10 Página 36 de Calc II a) Equações de Laplace Tridimensional: b) Laplace Bidimensional: A equação de Laplace é satisfeita pelas distribuições de temperatura no estado estacionário T = f(x,y,z) no espaço, pelos potenciais gravitacionais e pelo potenciais eletrostáticos. 02 2 2 2 =∂ ∂ =∂ ∂ y f x f Calor b) Equação da onda Unidimensional: Estado bidimensional 2 2 2 2 2 x w c t w ∂ ∂ = ∂ ∂ placa Exemplo: Verifique se a função atende a equação Laplace: xeyxfz y 2cos.),( 2−== ( ) xexxexsene x ffxx xsene x xxsene x f xx f yyy yy 2cos.4)'2.(2cos.22.2)2( 2.2)'2.(2. 222 2 2 22 2 2 −−− −− −=−⇒−= ∂ ∂ = − ∂ ∂ =−= ∂ ∂ ∂ ∂ = ∂ ∂ ( ) ( ) xeyxe y ffyy xe x yxe yy f yy f yy yy 2cos.4)'2.(2cos.2)2( 2cos.2)'2.(2cos. 22 2 2 22 2 2 −− −− +=−−= ∂ ∂ = =− ∂ ∂ =− ∂ ∂ = ∂ ∂ ∂ ∂ = ∂ ∂ a) b) ba 02cos.42cos.4 22 =+− −− xexe yy 02 2 2 2 = ∂ ∂ + ∂ ∂ y f x f 02 2 2 2 2 2 = ∂ ∂ + ∂ ∂ + ∂ ∂ z f y f x f 02 2 2 2 = ∂ ∂ + ∂ ∂ y f x f Equações de Laplace terça-feira, 7 de maio de 2013 19:16 Página 37 de Calc II ( ) ( ) ( ) ( ) ysenexexeysenefyyfxx ysenexexeysenexeysenexeyefyy xeye yy f yy ffyy xeysenefxx xseneysene xx f xx ffxx xeyseneza xyyx xyyxyxyx yx yx yx yx .cos.cos..0 .cos.cos..cos.).(cos.cos.)2( cos.cos. cos..)2( ).(. cos..) 2 2 2 2 −+−⇒=+ −=+−=+−=+= + ∂ ∂ = ∂ ∂ ∂ ∂ = ∂ ∂ = −= =−+ ∂ ∂ = ∂ ∂ ∂ ∂ = ∂ ∂ = += Exemplo 2 terça-feira, 7 de maio de 2013 19:43 Página 38 de Calc II a V e M.a V e M.a V e M.a V e M. ( ) 3,04,113,14,1 4,13,1 3,1..00032,0.3,1.00032,0. .00032,0.),( VMkVMk V E MVkzMEf −−− − == ∂ ∂ == k = 0,2 V = 10 M = 13 Regra da Cadeia p/ uma variável (revisão) Teorema: Sejam f e g funções diferenciáveis e h a função composta definida por h(x)=f(g(x)). Se u = g(x) é derivável no ponto x e se y=f(u) é derivável no ponto u = g(x), então a função composta h é derivável no ponto x e sua derivada é dada por: dx dg dg df dx df xgxgfxgfxgf . ),('))((')))'((()()'( = ==o Regra da Cadeia p/ funções de mais de uma variável: A regra da cadeia aplica-se também para funções de mais uma variável. Considere a função z = f(x,y) onde x = g(t) e y = h(t), então: 73,04,1 10.58,4)10(3,1.)13.(00032,0.02,0 −− ==∂ ∂ V E dt dy y f dt dx x f dt dz .. ∂ ∂ + ∂ ∂ = Suponha que cada função de z = f(u,v) é uma função de duas variáveis tais que u = h(x,y) e v = g(x,y), e que todas essas funções sejam diferenciáveis. Então a regra da cadeia é equivalente a: x v v z x u u z x z ∂ ∂ ∂ ∂ + ∂ ∂ ∂ ∂ = ∂ ∂ .. y v v z y u u z y z ∂ ∂ ∂ ∂ + ∂ ∂ ∂ ∂ = ∂ ∂ .. Ex: Desenhe o diagrama e escreva a fórmula: = = = )( )( ),( thy tgx yxfz paradt dz(w) Exemplos segunda-feira, 13 de maio de 2013 20:59 Página 39 de Calc II 2) Calcule (dw/dt), sendo: dt dw = = = += pit ty tx yxw sen cos 22 t dt dy y y w tsen dt dx x x w cos 2 2 = = ∂ ∂ −= = ∂ ∂ 3) yytytsenxtytsenx dt dy y w dt dx x w dt dw 21.20cos.2.2)(cos2)(2.. =+=+−=+−= ∂ ∂ + ∂ ∂ = = = −= ty tsenx yyxw 2 22 e . tt ete dt dy yx y w tsen dt dx xy x w 22 2 2)'2.( 2 2 == −= ∂ ∂ = = ∂ ∂ )2(2cos.22).2(cos.2.. 2222 yxetxyeyxtxy dt dy y w dt dx x w dt dw tt −+=−+= ∂ ∂ + ∂ ∂ = 4) Fazer diagrama para w = (x,y,z) x y z x w ∂ ∂ y w ∂ ∂ z w ∂ ∂ dt dx dt dy dt dz dt dz z w dt dy y w dt dx x w dt dw ... ∂ ∂ + ∂ ∂ + ∂ ∂ = 5) Trace o diagrama: v w e u w ∂ ∂ ∂ ∂ = = ),( ),( vufy vufx w = (x,y,z) u v y z x w ∂ ∂ y w ∂ ∂ z w ∂ ∂ u v u v u z z w u y y w u x x w u w ∂ ∂ ∂ ∂ + ∂ ∂ ∂ ∂ + ∂ ∂ ∂ ∂ = ∂ ∂ ... v z z w v y y w v x x w v w ∂ ∂ ∂ ∂ + ∂ ∂ ∂ ∂ + ∂ ∂ ∂ ∂ = ∂ ∂ ... Ex: segunda-feira, 13 de maio de 2013 21:33 Página 40 de Calc II [ ] ( ) 0 3 2 20 3 0 3 0 3 0 3 0 3 20 3 20 3 0 3 0 3 .0)( 0 0 2 0 2 0 2 0 2 2 22 1 2 2. 2 1 2 12 2 1 2 2. 2 23 2 ).( .....2 03 0 . 2 2 22 2 2 222 2 | | − − −−− − −−−− −= −= === = −=−=−= −======= ≤≤− ≤≤ ∫ ∫∫∫ ∫∫∫∫ ∫∫∫∫ ∫∫ y eI yydyeI eydyedyyedyyeI ydyyyeydydyyedyyyeI yyeeeyeyydxe y ydx y y eydxeydxeyI y yx dydxey y y yy y y yyy yyyy y xyy xyy xyy xyy xy R xy 1) 2) P Rm T V P TRmVT P Rm T V . ...)'.(. =∂ ∂ ==∂ ∂ Rm V P T Rm VPTP Rm V P T . . .)'.( . = ∂ ∂ == ∂ ∂ 111 .. ..1 . ..1 . . . . .. 2 −=−⇒−=−⇒−=−⇒−=− TRm TRm VP TRm Rm V P Rm V TRm m.R.T 1 .. −= ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ = ∂ ∂ = P T T V T P V P TRmPV 2 2 1 .. ... ...)'.(.. V TRmVTRm V P V TRmPVTRm V P −=−= ∂ ∂ == ∂ ∂ − − 3) [ ] [ ] ( ) ( ) ....2cos2.2cos2)'2.(.2cos 2cos.4)'2.(2cos.22.2)'2)(2.( 0 2cos),( 222 2 2 2222 2 2 2 2 2 2 2 yyy yyyy y exex y yex yy z xexxexsene x xxsene xx z y z x z xezyxf −−− −−−− − −=− ∂ ∂ =− ∂ ∂ = ∂ ∂ −=−=− ∂ ∂ =− ∂ ∂ = ∂ ∂ = ∂ ∂ + ∂ ∂ == 4) T H ),( HTfw = T w ∂ ∂H w ∂ ∂ dt dT dt dH 544,0.2,14,22885,0 −+−= HTHTw dt dw )'.(cos)(cos )2ln( cos 2222 2 tsenttt tsenH tT −= = = H T w dt dH H w dt dT T w dt dw 2,1885,0 .. += ∂ ∂ ∂ ∂ + ∂ ∂ = T H w tsenttsent dt dT 2,14,22 .2)'.( 222 +−= ∂ ∂ −=−= Simulado terça-feira, 14 de maio de 2013 19:23 Página 41 de Calc II = = = +−+−+= === 1 80,0 30 2 2cos.2).2,14,22().2).(2,1885,0( 2 2cos.2 2 )'2.(2cos 2 )'2( 2 t H T tsen tTtsentH dt dw tsen t tsen tt tsen tsen dt dH o cont terça-feira, 14 de maio de 2013 20:14 Página 42 de Calc II Máximos e Mínimos de Funções de duas Variáveis: Teorema de valor extremo: Seja f(x,y) uma função contínua em uma região fechada R, então a função f possui tanto máximo como mínimo. Analisando um gráfico de uma função f de duas variáveis, nota-se pontos altos e baixos em suas vizinhanças imediatas. Tais pontos são chamados de máximo e mínimo relativos de f. a) O mais alto ponto dentro do domínio de f, é chamado de: MÁXIMO ABSOLUTO. b) O mais baixo dentro deste mesmo domínio é chamado de: MÍNIMO ABSOLUTO. c) Seja f(x,y) possui máximo relativo em um ponto P(x0,y0). Se existe um círculo centrado em P, de modo que f(x0,y0) ≥ f(x,y), para todo ponto (x,y) do domínio f no interior do círculo, analogamente, esta função possui MÁXIMO ABSOLUTO em P se f(x0,y0) ≥ f(x,y) para todos os pontos P(x,y) do domínio f. d) Para o MÍNIMO RELATIVO temos: f(x0,y0) ≤ f(x,y) p/ MÍNIMO ABSOLUTO f(x0,y0) ≤ f(x,y) dentro do domínio da função f Resumo: Se f possui máximo ou mínimo relativo, dizemos que ela possui extremo relativo no ponto. Se possui MÁXIMO OU MÍNIMO ABSOLUTO, podemos dizer que ela tem EXTREMO ABSOLUTO no ponto. Determinação dos extremos relativos: Seja f uma função de duas variáveis, o ponto (x0,y0) é chamado de crítico se: 0| ),( 00 =∂∂ yxxf e 0| ),( 00 =∂∂ yxyf ou se uma ou ambas derivadas parciais de 1a ordem não existirem em (x0,y0). Ponto de Sela: Um ponto P(x0,y0,f(x0,y0)) é chamado de Ponto de Sela se: 0|| ),(),( 0000 =∂∂=∂∂ yxyx yfxf Porém a função não possui nem mínimo nem máximo relativo no ponto, pois numa direção de decomposta como máximo e na outra como mínimo. ponto p (x0,y0,z0) y x z máximo mínimo Região R fechada Máximos e Mínimos segunda-feira, 20 de maio de 2013 20:30 Página 43 de Calc II Os pontos P e Q são pontos de máximo, porque qualquer deslocamento em sua vizinhança irá descer. O ponto S é uma Sela porque nos sentidos SP e SQ sobe, mas no sentido SL ou ST desce.Ponto de Sela Pmáx Qmáx P Q T L f(x,y) Teste da 2a derivada: Seja f uma função de duas variáveis, dotada de derivadas parciais de 2a ordem contínuas em um círculo centrado no ponto (x0,y0), teremos: ||| ),( 22 ),(2 2 ),(2 2 000000 . yxyxyx yx f y f x fD ∂∂ ∂ − ∂ ∂ ∂ ∂ = D = Discriminante fyyfyx fxyfxx yxD =),( 00 Logo se: ⇒> ∂ ∂ > 0,0 2 2 x fD f tem mínimo relativo em (x0,y0)a) b) ⇒< ∂ ∂ > 0,0 2 2 x fD f tem máximo relativo em (x0,y0) c) ⇒< 0D f tem um ponto de Sela em (x0,y0) d) ⇒= 0D nada se pode concluir IMPORTANTE Ponto de Sela segunda-feira, 20 de maio de 2013 21:24 Página 44 de Calc II 1) Examine a função: 1033034 03)2(2 12 2)1(22 02 032 23),( 22 −=⇒=−−⇒=−+− =−+− → =−−=⇒−=⇒ =+= ∂ ∂ = =−+= ∂ ∂ = +−++= yyyy yy xyx yx x ffy yx x ffx xyxyxyxf P(2,-1) -> não se sabe dizer ainda se passa p/ máx/min ou p/ sela. ( )[ ] ( ) ( ) ( ) ⇒>= > =−= =+ ∂ ∂ = =+ ∂ ∂ = =−+ ∂ ∂ = −= 02 0 3)1(2.2 12 22 232 . 2 , 2 00 fxx D D yx x fxy yx y fyy yx x fxx fxyfyyfxxD yx Formulário: ∂∂ ∂ = ∂ ∂ ∂ ∂ = ∂ ∂ = ∂ ∂ ∂ ∂ = ∂ ∂ = ∂ ∂ ∂ ∂ = −= yx f y f x fxy y f y f y fyy x f x f x fxx fxyfyyfxxD yxyxyx 2 2 2 2 2 2 . . . )().()( 000000 D > 0 e fxx > 0 => mínimo relativo D > 0 e fxx < 0 => máximo relativo D < 0 => ponto de sela D = 0 => nada se pode concluir (1) (2) Exercícios terça-feira, 21 de maio de 2013 19:08 Página 45 de Calc II 2)Examine a função: 2 042 04 03 0822 026 823),( 22 = =− =−+− =− =−+−= =−= −+−= x x yx yx yxfy yxfx yyxyxyxf 62.33 ==⇒−=− yxy ( ) ( ) ( ) 06 08412)2(2.6)(. 2822 2822 626 22 >= >=⇒−=−−=−= −=−+− ∂ ∂ = =−+− ∂ ∂ = =− ∂ ∂ = fxx DfxyfyyfxxD yx x fxy yx y fyy yx x fxx Mínimo relativo no ponto (2,6) 3) Examine a função: =⇒=⇒−=−⇒=−= =⇒== −+= 01ln)ln(101 002 ),( 2 yeeefy xxfx eyxyxf yyy y ( ) ( ) ( ) 02)1(2).(20).(2)(. 01 1 22 | )0,0(2 <−=⇒−=−=−−=−= =− ∂ ∂ = −=−∂ ∂ = =∂ ∂ = DeefxyfyyfxxD e x fxy ee y fyy x x fxx yy y yy ponto de sela em p(0,0) 4) Examine as funções: Exercício terça-feira, 21 de maio de 2013 19:23 Página 46 de Calc II Imagine que você está de pé em uma colina apresentada na figura e quer determinar a inclinação da colina em relação ao eixo z. Se esta colina estiver representada pela função Z = f(x,y), você já saberia determinar as inclinações em duas direções diferentes, ou seja: a inclinação na direção de y seria dada por fy e na direção de x por fx. Neste tópico da disciplina Calculo II você aprenderá que estas duas derivadas parciais podem ser usadas para encontrar a inclinação em qualquer direção. Vetor Gradiente: Seja Z = f(x,y) uma função de duas variáveis e as suas derivadas parciais. Seja P(x0,y0) um ponto do plano e y z x f ∂ ∂ ∂ ∂ , || 00 , pp y z x f ∂ ∂ ∂ ∂ as derivadas parciaiscalculadas nesse ponto P0. Chamamos de vetor gradiente : ∂ ∂ ∂ ∂ =∇ || 00 0 , pp zp y z x z y x z colina superfície Z = f(x,y) y x z k vetores unitarios p(x0,y0) kji ,, i X0 j y0 retas tangentes superfície qualquer 0zp∇ Nota: O vetor Gradiente aponta p/ o local de maior velocidade de Z = f(x,y) ∇ Exemplo: Determine da função dada no ponto p0:∇ jj yx y yx yx y z yx x yx yx x z p yxz zp 220 2 10 1.22)'( 0 10 0.22)'( )1,0( )ln( 0 2)1,0(2222 22 2)1,0(2222 22 0 22 | | =+=∇ = + = + = + + = ∂ ∂ = + = + = + + = ∂ ∂ = += Vetor Gradiente e Derivada Direcional segunda-feira, 27 de maio de 2013 20:39 Página 47 de Calc II ji xyx y z y x yy x xy x z p xyxyz zp 46 42.1.21ln2ln 62 1 2' )2,1( ln. 0 | | )1,0( 2 )2,1( 22 0 2 +=∇ =+=+= ∂ ∂ =+=+=+= ∂ ∂ = += 0 Derivada Direcional (Inclinação): Se Z = f(x,y) é uma função diferenciável de x e y com u = u,i + u2j um vetor unitário, então a DERIVADA DIRECIONAL de f(x,y) na direção de u é dada por: Seja agora teremos que a derivada direcional é a direção assumida por aplicado no vetor u, logo para calcularmos, teremos: )00 ,( yxz∇ )00 ,( yxz∇ )1(21 uy z u x zDuz ∂ ∂ +∂ ∂ = )2(0jy zi x z zp ∂ ∂ +∂ ∂ =∇ Fazendo (2) em (1) teremos: uD zpuz .0∇= Exemplo: Ache a derivada direcional da função f(x,y) = 3x2y na direção a = 3i + 4j no ponto p(1,2): vetor unitário: 5 4 5 3 5 43 43 43 22 jijiji a a u += + = + + == ji x y z xy x z j y zi x z zp zp 312 31.33 122.1.66 2 )2,1( 2 )2,1( | | +=∇ === ∂ ∂ === ∂ ∂ ∂ ∂ + ∂ ∂ =∇ 5 48 5 12 5 36 5 4 5 3).312(. =+= ++=∇= jijiuD zpuz inclinação da reta que passa pelo ponto p Exemplo 2 segunda-feira, 27 de maio de 2013 21:11 Página 48 de Calc II ( ) += = 2,1 43 22 pip jia ysenxz ( ) ( ) ( ) ( ) 5 8 5 4 5 3).2(. 2 22.2cos.1.22cos.2)'2.(2cos. 02.2.1.22.2 5 4 5 3 5 43 43 43 2 2,1 22 2,1 22 | | −= +−=∇= −=∇ −==== ∂ ∂ === ∂ ∂ ∂ ∂ + ∂ ∂ =∇ += + = + + == jijuD j yxyyx y z senysenx x z j y zi x z jijiji a a u zpuz zp zp pi pi pi pi 0 ( ) ( ) − += −−= += = 2,3 5 149 4,2 5 cos. 22 2 p jia yxz p jia yxz pi Exemplo segunda-feira, 27 de maio de 2013 21:46 Página 49 de Calc II Você já aprendeu que existem diversas derivadas direcionais em um ponto (x,y) de uma superfície qualquer. Em muitas aplicações precisamos saber qual direção nos mover para que a função f(x,y) cresça mais rapidamente. A essa direção chamamos de direção de maior crescimento e é dada pelo , logo teremos as seguintes propriedades do gradiente: TEOREMA: Seja f uma função diferenciável em (x,y), logo: 1) Se , então Duf(x,y) = 0 para qualquer u 2) A direção de crescimento máximo de f é dada por e o valor máximo de Duz é igual ao módulo de 3) A direção de crescimento mínimo de f é dada por e o valor mínimo de Para visualizar estas propriedades do gradiente, imagine um esquiador descendo uma montanha. Se f(x,y) denota a altitude do esquiador, então indica a direção que ele deve seguir para buscar o caminho mais íngreme. Exemplo: Para uma placa de metal aquecida 1) A temperatura de uma placa de metal obedece a função T(x,y) = 20 - 4x2 - y2, onde x e y são medidas em cm. Em qual direção, a partir do ponto p(2,-3) a temperatura cresce mais rapidamente? Qual a taxa de crescimento? pz∇ 0),( =∇ yx ),( yx∇ ),( yx∇ ),( yx∇− ),( yxDuz ∇−= ),( yxf∇− Para AV2: uma integral tripla e duas integrais de área iy y z ix x z j y zi x z pz 6)3.(22 162.88 , | | )3,2( )3,2( =−−=−= ∂ ∂ −=−=−= ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ =∇ − − cm ji o z z p /17)6()16( 616 22 =+−=∇ +−=∇ Lista de Exercício: Calcule o gradiente: )3,2()ln() )4,3()cos() )0,2(2) )1,2(1053) 22 22 2 pyxzd pyxzc pxezb pyxza x y += −+= = +−= Calcule a derivada direcional: )1,2(),0,0(,cos) 0, 2 ),,0(),cos() )1,1(),1,3(,4) 22 Qpyezc Qpyxzb Qpyxza x− = += −+= pi pi 3) Encontre a direção de crescimento: )0,1(,) )1,1(,) 2 22 pyseneyxb pyxyxa xy+ −++ Aplicações de Gradiente terça-feira, 28 de maio de 2013 18:51 Página 50 de Calc II jij y zi x z y y z x z pyxza pz 103, 10)1(105.2 33 )1,2(1053) 2 )1,2( )1,2( 2 | | −= ∂ ∂ ∂ ∂ =∇ −=−=−= ∂ ∂ == ∂ ∂ +−= Resolução terça-feira, 28 de maio de 2013 20:20 Página 51 de Calc II Calcular as áreas por integral dupla: (8,3) x y x y y = 4 - x2 y= x+2 y = 4 - x2 y = x 250 xy −= y = 2x y = x2 ..2408.3][33 303][ 8 0 8 0 3 0 3 0 8 0 3 0 auxdx ydy dydx =−== =−== ∫ ∫ ∫ ∫ 2 4 40/ 240/ =⇒= ==⇒= yxp xyp .. 3 16 3 88 3 )0()0(4 3 )2()2(4 3 44 40]4[][ 332 0 32 0 2 224 0 4 0 2 0 4 0 2 2 2 au x xdxx xxydy dydx x x x = −= −− −= −=− −=−−== ∫ ∫ ∫ ∫ − − − ∫ ∫ −5 0 50 2x x dydx .. 2 9 2 15 38 2 18 2 1 3 98 2 1 3 8 3 142 3 82 2 1 3 14 2 4 3 82 2 1 3 1 )2(2 2 )2( 3 )2(1.2 2 1 3 12 23 2 224]2[]4[][ 23231 2 231 2 2 2224 2 4 2 1 2 4 2 2 2 2 auA A x xxdxxxA xxxxxxydy dydx x x x x x x =−= −+−=+−−=+−−−=++−+−−= −− − −−+−−= −+ − − − −− +−−= +−−=+−−= +−−=−−−=+−−== − − − + − + − − + ∫ ∫ ∫ ∫ 2 1 2 1 0242 2020/ 2 1 22 −= = −= −= =−+⇒−=+ −=⇒=+⇒= x x p s xxxx xxyp Revisão segunda-feira, 3 de junho de 2013 20:19 Página 52 de Calc II Ache fx e fy: a) Z = (x2 + y2)3/2 b) Z = cos2(3x - y2) c) Z = exy.lny b) [ ] [ ] ( )( ) ( ) ( ) [ ] )3().3cos(4)'3).(3().3cos( 3.3cos6 3.)3(.)3cos(2)3cos( )3(cos 22222 22 2212222 22 yxsenyxyyxyxsenyx y z yxsenyx xyyxsenyxyx x z yxz −−=−−−−= ∂ ∂ −−−= −−−=−= ∂ ∂ −= − a) 2 1 22 2 1 22 )(3 )(3 yxy y zfy yxx x zfx += ∂ ∂ = += ∂ ∂ = c) xye y e y zfy eyy x zfx xyxy xy .ln.1. .ln += ∂ ∂ = = ∂ ∂ = Revisão AV2 segunda-feira, 3 de junho de 2013 20:28 Página 53 de Calc II Nome: Jorge Leoncio Matrícula: 201202211461 Disciplina: Cálculo II Professor: Paschoal Universidade Estácio de Sá - Campus P.XI 1) Funções de várias variáveis, seus domínios e imagens: a) Achar domínio das funções: xyyxf −=),( A condição de existência dessa função é y-x ≥ 0 (real) , portanto o seu domínio é b) { }0|),( 2 ≥−∈= xyRyxD yx xyxf − = 2 ),( 2 A função é finita quando 2x-y ≠ 0. Assim, domínio D ε (xy) é o conjunto de pontos, tais que: c) { }xyRyxD 2|),( 2 ≠∈= yx xyxf − = 3 ),( 2 A função é finita quando 3x - y > 0. O domínio é o conjunto de pontos, tais que: d) { }03|),( 2 >−∈= yxRyxD { }2),( RyxD ∈= O domínio é todo o plano R2. Esta é uma função polinomial, pois sua lei de definição é um polinômio em duas variáveis: e) A função tem seu domínio definido em todo o espaço inteiro, EXCETO na origem (0,0,0): 22),( yxyxf += 222 1),,( zyx zyxf ++ = { })0,0,0(),,(|),,( 3 ≠∈= zyxRzyxD Trabalho de Campo - AV2 Página 54 de Calc II 2) Gráfico das funções de várias variáveis: xyyxf −=),( yx xyxf − = 2 ),( 2 yx xyxf − = 3 ),( 2 22),( yxyxf += 222 1),,( zyx zyxf ++ = a) b) c) d) Como os gráficos de funções de três variáveis consistem em pontos (x,y,z,f(x,y,z)) em um espaço quadridimensional, não se pode esboçá-los de maneira eficaz no sistema de coordenadas tridimensionais de referência. Contudo, é possível ver como a função se comporta analisando suas superfícies de nível tridimensionais. e) zona de indeterminação zona de indeterminação zona de indeterminação Trabalho de Campo - AV2 Página 55 de Calc II 3.1) Funções vetoriais: a) Para as funções dadas por u(t) = 2t3i - t2j, v(t) = (1/t)i + (sen t)j e f(t) = e-t, encontre: [ ])()( tutf dt d= Como: e , tem-se:tetf −−=)(' tjittu 26)(' 2 −= [ ] jtteitet dt d itteittetjitejttetutftutftutf dt d tt tttt )2()3(2 )2()26()26()2).(()(').()().(')()( 2 232223 −+−= −+−=−+−−=+== −− −−−− b) [ ])()( tvtu dt d += tjittu 26)(' 2 −= e jti t tv )(cos1)(' 2 +−= de maneira que: [ ] jtti t tjti t tjittvtutvtu dt d )2(cos16)(cos1)26()(')(')()( 2222 −+ −= +−+−=+=+= c) [ ])().( tvtu dt d = [ ] ttsentttttttsentttt t ttsent t t dt d jti t jttjtseni t tjittvtutvtutvtu dt d cos..24cos.2.26)).(cos(1).2()).(2(1).6( )(cos1).2()(1).26()(').()().(')()( 222 2 32 2 232 −−=−−−=−+ −+−+ = +−−+ +−−===+= Usando as derivadas do item (b) e a regra do Produto Escalar, têm-se: Observa-se que a derivada do produto escalar de funções vetoriais é uma função escalar. 3.2) Lançamento de projéteis: d) Uma pedra é arremessada do Ponto P com uma velocidade de 10 m/s numa direção que forma um ângulo de 45o com a horizontal, atingindo o ponto Q conforme indicado no esquema: Considerando que a resistência do ar é desprezível, determine a distância d indicada no esquema, em metros: Resolução: Sendo um movimento bidimensional, é conveniente decompor em duas direções: VERTICAL (y) e HORIZONTAL (x). Na direção y, tem-se um MRUV com as seguintes equações: ( ) 200200 2 1)(. 2 1 ttsenvyttvyy y αθα ++=++= vy0 com a = g = -10ms; 22 507,75,210 2 1))45(.(105,2 ttttseny −+=−+= Para determinar qual o instante “t” em que a pedra chega ao solo basta fazer y = 0, e chega-se a: O deslocamento horizontal (“d” na figura), nada mais é que o deslocamento na direção “x” durante t = 1,707s, logo: 05,207,75 0507,75,2 2 2 =−− =−+= tt tty 707,1 292,0 5,0 414,1 2 1 += −= −= = x x P S mtvtvx ox 07,12707,1).45cos(.10.cos.. 0 ==∆=∆=∆ θ Trabalho de Campo - AV2 Página 56 de Calc II 3.2) Lançamento de Projéteis (continuação): Um canhão é posicionado para atirar projéteis com velocidade inicial v0 diretamente acima de uma elevação de ângulo, como mostrado na figura. Que ângulo o canhão deve fazer com a horizontal de forma a ter o alcance máximo possível acima da elevação? Análise do movimento no eixo horizontal (x), onde é o ângulo θ de inclinação do canhão em relação à horizontal: θ αθα cos cos. cos0cos. 0 0 0 v R ttvR tvxx x =⇒+= += Análise do movimento no eixo vertical (y): 2 0 2 00 2 10. 2 1 gttsenvsenR attvyy y −+= ++= θθ Substituindo-se (1) em (2): (1) (2) α θ ααθ θ α αθ θ α θ αθθ θ α θ αθθ θθ 2 22 0 22 0 2 22 0 2 22 0 22 0 0 2 0 cos. cos2 cos. cos2 cos. cos. cos cos. 2 1 cos cos . cos cos. 2 1 cos cos. .. 2 10. g v sentgR v gR tg v Rgsensen v Rg v R senvsenR gttsenvsenR −−= −=−=⇒−= −+= Como R(θ) é uma função cujo ponto de máximo deve ser localizado, devemos identificar o valor de θ tal que dR/dθ = 0: (3) 0sec)2cos(2 22 0 = − = g v d dR αθα θ (4) Resolvendo-se (4) para θ encontramos duas possíveis soluções: + − = )2( 4 1 )2( 4 1 piα piα θ Como , a resposta mais coerente é:20 piα << )2( 4 1 piαθ += Para , equação (3), pois como se trata de um ponto de máximo, a concavidade da curva nesse ponto deve ser voltada para baixo. 02 2 < θd Rd Trabalho de Campo - AV2 Página 57 de Calc II 4) Equações Paramétricas a) Sejam V = (1, 0,2) e P0 = (1,0,0) um vetor e um ponto quaisquer do espaço, respectivamente. Determine a reta r que possui a direção de V e contém o ponto P0. Solução: V é o vetor diretor da reta r que passa pelo ponto P0. Tomando P = (x, y, z) como um ponto genérico da reta , tem-se: tVPP =0 Como: ),,1()0,0,1(0 zyxzyxPP −=−−−= )2,0,1( ttttV = = = += tz y tx r 2 0 1 : e segue que a equação paramétrica de r é: Para cada valor de t teremos um ponto pertencente à reta r : Para t = 0 temos P0 = (1, 0, 0) representado pela cor amarela; para t = 1 temos P1 = (2, 0, 2) representado pela cor vermelha; para t = 2 temos P2 = (3, 0, 4) representado pela cor azul; para t = 3 temos P3 = (4, 0, 6) representado pela cor verde; para t = 4 temos P4 = (5, 0, 8) representado pela cor rosa; para t = 5 temos P5 = (6, 0, 10) representado pela cor laranja; Ao ligar-se todos esses pontos obteremos um segmento da reta r representada pela cor preta: b) Sejam V = (2,0,0) e P0 = (-2,0,2) um vetor e um ponto quaisquer do espaço, respectivamente. Determine a reta r que possui a direção de V e contém o ponto P0. Tomando-se P = (x,y,z) como um ponto genérico da reta, teremos que P pertence a r se e somente se: tVPP =0 )2,,2()2,0,2(0 −+=−−+= zyxzyxPP )0,0,2( ttttV = = = +−= 2 0 22 : z y tx r Como: e a equação paramétrica de r é dada por: c) Retas coincidentes: += −= += tz ty tx r 23 1 52 :As equações paramétricas: += −= +−= tz ty tx r 21 2 53 : com P0 = (2,1,3) e V = (5,-1,2) e com P0 = (-3,2,1) e V = (5,-1,2) representam a mesma reta, mas descrevem o movimento de duas partículas que partiram de pontos iniciais distintos com a mesma velocidade. Trabalho de Campo - AV2 Página 58 de Calc II 4) Equações Paramétricas (continuação) d) Determine uma equação da reta r, simétrica da reta = = += 2 21 : z ty tx s t ϵ |R em relação ao plano α: x - y +z +1 = 0 Observa-se que se S e Q são pontos da reta s então S1 e Q1, simétricos de S e Q, respectivamente, em relação ao plano α são pontos da reta r. De , temos que s e α são concorrentes. Seja Então, I = (1 + 2t,t,2) e 1 + 2t - t + 2 + 1 = 0 Logo, t = -4 e I(-7, -4,2). Assim, as equações paramétricas da reta n, normal a α e concorrente com a reta s em S(1,0,2) são: 0)1,1,1).(0,1,2(. =−=αnvs α∩= sI}{ += −= += tz ty tx n 2 1 : Considerando , temos I1 = (1 + t,-t,2 + t) e 1 + t + t + 2 + t + 1 = 0. Logo: e portanto:α∩= nI }{ 1 3 4 −=t −= 3 2 , 3 4 , 3 1 1I Daí, −= −−+ −=+= 3 2 , 3 8 , 3 5 3 4 , 3 4 , 3 4 3 2 , 3 4 , 3 1 111 SIIS Como I e S1 são pontos distintos de r podemos considerar 14 3 SIvr = Assim, uma equação vetorial de r é: RhhX ∈−+−−= );2,5,4()2,4,7( d) Trabalho de Campo - AV2 Página 59 de Calc II